Kuidas valida LED-lambi draiverit: liigid, otstarve + ühendamise eripärad

LED-lambid on saanud laialdase leviku, mille tulemusena alustati aktiivset sekundaarsete toiteallikate tootmist. LED-lambi draiver suudab stabiilselt hoida seadme väljundis seatud vooluväärtusi, stabiliseerides pinget, mis läbib dioodide ahelat.

Meie räägime kõike voolu muundamise seadme liikidest ja tööpõhimõtetest dioodlambi tööks. Meie pakutud artiklis on toodud draiveri valiku juhised, antud kasulikud soovitused. Iseseisvad koduelektrikud leiavad meilt praktikas testitud ühendusskeeme.

Otstarve ja kasutusvaldkond

Dioodkristallid koosnevad kahest pooljuhist – anoodist (pluss) ja katoodist (miinus), mis vastutavad elektronsignaalide transformatsiooni eest. Üks piirkond on P-tüüpi juhtivusega, teine – N-tüüpi. Toiteallika ühendamisel hakkab nende elementide kaudu voolama vool.

Tänu sellisele polaarsusele liiguvad elektronid P-tüüpi tsoonist N-tüüpi tsooni ja vastupidi, laengud punktist N liiguvad P-sse. Igal piirkonnaosal on oma piirid, mida nimetatakse P-N siireteks. Nendel aladel kohtuvad osakesed ja neelduvad või rekombineeruvad.

Diood kuulub pooljuhtelementide hulka ja sellel on ainult üks p-n siire. Sel põhjusel on nende heleduse astme määravaks peamiseks karakteristikuks mitte pinge, vaid vool.

P-N siirete ajal väheneb pinge teatud arvu voltide võrra, mis on alati sama iga ahela elemendi jaoks. Neid väärtusi arvesse võttes stabiliseerib draiver sisendvoolu näidud ja moodustab väljundis konstantse suuruse.

Millist võimsust nõutakse ja millised kadude väärtused P-N läbimisel on märgitud LED-seadme andmelehel. Seetõttu tuleb dioodlambi valikul arvestada toiteploki parameetritega, mille ulatus peab olema piisav kaotatud energia kompenseerimiseks.

Selleks, et võimsad LED-id töötaksid välja spetsifikatsioonides näidatud aja, on vaja stabiliseerivat seadet – draiverit. Elektroonilise mehhanismi korpusel on alati näidatud selle väljundpinge.

Toiteplokke pingega 10 kuni 36 V kasutatakse valgustusseadmete varustamiseks.

Tehnika võib olla mitmesugust liiki:

• autode, jalgrataste, mootorrataste esituled jne;
• väikesed kaasaskantavad või tänavalaternad;
• LED-joonlauad, ribad, laelambid ja moodulid.

Kuid väikese võimsusega LED-ide puhul ning alalispinge kasutamise korral ei ole draivereid lubatud kasutada. Nende asemel lisatakse ahelasse takisti, mis samuti toitub 220 V võrgust.

Toiteploki tööpõhimõte

Selgitame välja, milles seisnevad erinevused pingeallika ja toiteploki vahel. Näitena vaatleme allpool kujutatud skeemi.

Ühendades 12 V toiteallikaga 40-oomise takisti, läbib seda vool 300 mA (joonis A). Kui ahelasse lisada paralleelselt teine takisti, on voolu väärtus 600 mA (B). Pinge jääb aga muutumatuks.

Vaatamata kahe takisti ühendamisele toiteallikaga, tekitab teine väljundis muutumatu pinge, kuna ideaalsetes tingimustes see koormusest ei sõltu.

Nüüd vaatame, kuidas väärtused muutuvad, kui ahelasse ühendada takistid toiteplokiga. Analoogselt sisestame 40-oomise reostaadi koos 300 mA draiveriga. Viimane tekitab takistil pinge 12 V (skeem C).

Kui ahel koosneb kahest takistist, on voolu suurus muutumatu ja pinge on 6 V (D).

Draiver erinevalt pingeallikast hoiab väljundis etteantud vooluparameetreid, kuid pinge võimsus võib muutuda.

Järeldusi tehes võib öelda, et kvaliteetne muundur tarnib koormusele nimivoolu isegi pinge languse korral. Seega põlevad 2 V või 3 V pingega ja 300 mA vooluga dioodkristallid vähendatud pingega sama eredalt.

Muunduri eristavad omadused

Üks olulisemaid näitajaid on koormusele edastatav võimsus. Seadet ei tohi ülekoormata ega proovida saavutada maksimaalselt võimalikke tulemusi.

Vale kasutamine põhjustab kiire rikke mitte ainult ülevaatemehhanismi, vaid ka LED-kiipide puhul.

Peamiste tööd mõjutavate tegurite hulka kuuluvad:

• koosteprotsessis kasutatavad komponendid;
• kaitseaste (IP);
• sisendi ja väljundi miinimum- ja maksimumväärtused;
• tootja.

Kaasaegsed muundurimudelid toodetakse kiipide baasil ja kasutavad impulsslaiusmuundamise (PWM) tehnoloogiat.

Toiteploki töö käigus on väljundpinge reguleerimiseks kasutusele võetud impulss-laiusmodulatsiooni meetod, kusjuures väljundis säilib sama vooluliik nagu sisendis.

Sellised seadmed paistavad silma kõrge kaitsetasemega lühiste ja võrgu ülekoormuste eest ning neil on ka kõrge kasutegur.

Voolumuunduri valiku reeglid

LED-lambi muunduri soetamiseks tuleks uurida seadme põhiomadusi . Tuleb tugineda väljundpingele, nimivoolule ja antavale võimsusele.

Valgusdioodide võimsus

Analüüsime esmalt väljundpinget, mis sõltub mitmest tegurist:

• pingekadude suurus kristallide P-N siiretel;
• valgusdioodide arv ahelas;
• ühendusskeem.

Nimivoolu parameetreid saab määrata tarbija iseloomulike omaduste, nimelt LED-elementide võimsuse ja nende heledusastme järgi.

See näitaja mõjutab kristallide tarbitavat voolu, mille ulatus varieerub vastavalt vajalikule heledusele. Muunduri ülesanne on tagada nendele elementidele vajaliku energia andmine.

Väljundpinge väärtus peab olema suurem või võrdne iga elektriskeemi ploki koguenergia tarbimise summaga.

Seadme võimsus sõltub iga LED-elemendi tugevusest, nende värvist ja arvust.

Tarbitava energia arvutamiseks kasutatakse järgmist valemit:

P_H = P_LED * N,

Kus

• P_LED – ühe dioodi tekitatud elektriline koormus,
• N – kristallide arv ahelas.

Saadud näitajad ei tohi olla väiksemad draiveri võimsusest. Nüüd tuleb määrata nõutav nimiväärtus.

Seadme maksimaalne võimsus

Arvestada tuleb ka sellega, et muunduri stabiilse töö tagamiseks peavad selle niminäitajad ületama saadud P_H väärtust 20–30 % võrra.

Seega omandab valem järgmise kuju:

P_max ≥ (1,2..1,3) * P_H,

kus P_max – toiteploki nimivõimsus.

Peale võimsuse ja tarbijate arvu plaadil sõltub koormuse tugevus ka tarbija värvi teguritest. Sama voolu korral on neil sõltuvalt varjundist erinevad pingelanguse näitajad.

LED-lambi draiver peab andma sellise vooluhulga, mis on vajalik maksimaalse heleduse tagamiseks. Seadme valikul peab ostja meeles pidama, et võimsus peab olema suurem kui kõik LED-id kasutavad.

Võtame näiteks Ameerika ettevõtte Cree punase värviga XP-E sarja LED-id.

Nende omadused on järgmised:

• pingelangus 1,9–2,4 V;
• vool 350 mA;
• keskmine tarbimisvõimsus 750 mW.

Rohelise värvi analoog sama voolu juures omab täiesti erinevaid näitajaid: kaod P-N siiretel 3,3–3,9 V ja võimsus 1,25 W.

Vastavalt saab teha järeldused: 10 W jaoks mõeldud draiverit kasutatakse kaheteistkümnele punasele kristallile või kaheksale rohelisele kristallile toiteks.

LED-ide ühendusskeem

Draiveri valik tuleks teha pärast LED-tarbijate ühendusskeemi määramist. Kui esmalt soetada valgusdioodid ja seejärel neile sobiv muundur, kaasneb selle protsessiga palju raskusi.

Seadme leidmiseks, mis tagab täpselt sellise arvu tarbijate töö etteantud ühendusskeemi korral, kulub palju aega.

Toome näite kuue tarbijaga. Nende pingekadud on 3 V, tarbitav vool 300 mA. Nende ühendamiseks saab kasutada ühte meetoditest, seejuures erinevad igal üksikjuhul toiteploki nõutavad parameetrid.

Dioodide järjestikuse paigutuse puuduseks on vajadus suure pingega toiteploki järele, kui ahelas on palju kristalle.

Meie puhul on jadaühenduse korral vaja toiteplokki, mis annab 18 V ja voolu 300 mA. Sellise meetodi peamine pluss on see, et läbi kogu liini liigub ühesugune vool, seega põlevad kõik dioodid ühesuguse heledusega.

Tarbijate paralleelse paigutuse miinuseks on iga ahela heleduse erinevus. Selline negatiivne nähtus tekib dioodide parameetrite hajuvuse tõttu, erinevuste tõttu iga liini läbivas voolus.

Kui on rakendatud paralleelne paigutus, piisab 9 V muunduri kasutamisest, kuid tarbitava voolu väärtus kahekordistub võrreldes eelmise meetodiga.

Kahe dioodi jadaühenduse meetodit ei saa rakendada, kui rühma kuuluvate kristallide arv on 3 või rohkem. Sellised piirangud on seotud sellega, et ühe elemendi läbida võib liiga suur vool, ja see tekitab tõenäosuse kogu ahela rikkeks.

Kui kasutatakse jadameetodit, millega moodustatakse paare kahe kaupa, kasutatakse draiverit sarnaste näitajatega nagu eelmisel juhul. Sel juhul on valgustuse heledus juba ühtlane.

Kuid ka siin ei pääsetud negatiivsetest nüanssidest: toite andmisel rühmale võib karakteristikute hajuvuse tõttu üks valgusdioodidest avaneda teisest kiiremini, seega läbib seda vool, mis ületab nimiväärtust kahekordselt.

Paljud koduse valgustuse LED-lambid on mõeldud selliste lühiajaliste pingetõusude jaoks, kuid see meetod on vähem nõutud.

Draiverite liigid seadme tüübi järgi

Seadmed, mis muudavad 220 V toite LED-ide jaoks vajalikeks näitajateks, jaotatakse tinglikult kolme kategooriasse: elektroonilised; kondensaatoripõhised; dimmitavad.

Valgustustehniliste tarvikute turg pakub laias valikus draiverite mudeleid, peamiselt Hiina tootjatelt. Ja vaatamata madalale hinnatasemele saab nende seadmete hulgast valida täiesti väärilise variandi. Siiski tuleks pöörata tähelepanu garantiitalongile, kuna kogu esitatud toodang ei oma vastuvõetavat kvaliteeti.

Elektrooniline tüüp

Ideaalis peaks elektrooniline muundur olema varustatud transistoriga. Selle roll seisneb reguleerimismikroskeemi koormuse vähendamises. Pulseerimise kõrvaldamiseks või maksimaalseks silumiseks paigaldatakse väljundisse kondensaator.

Seda tüüpi seade kuulub kallimasse kategooriasse, kuid see suudab stabiliseerida voolu kuni 750 mA, milleks liiteseadised ei ole võimelised.

Kõige uuemad draiverid paigaldatakse peamiselt E27 pesaga lambipirnidele. Erandiks reeglist on Gauss GU5,3 tooted. Need on varustatud trafota muunduriga. Kuid pulseerimise tase nendes ulatub mitmesaja hertsini.

Pulseerimine pole muundurite ainus puudus. Teiseks võib nimetada kõrgsagedusliku (HF) vahemiku elektromagnetilisi häireid. Näiteks kui valgustiga ühendatud pistikupessa ühendatakse teisi elektriseadmeid, näiteks raadio, võib oodata häireid digitaalsete FM-sageduste, televisiooni, ruuteri jne vastuvõtul.

Kvaliteetse seadme valikulisel varustusel peaks olema kaks kondensaatorit: üks – elektrolüütkondensaator pulseerimise silumiseks, teine – keraamiline kondensaator kõrgsageduse vähendamiseks. Kuid sellist kombinatsiooni võib kohata harva, eriti kui rääkida Hiina toodetest.

Need, kellel on üldised teadmised sarnaste elektriskeemide kohta, saavad iseseisvalt valida elektroonilise muunduri väljundparameetreid, muutes takistite nimiväärtusi.

Tänu kõrgele kasutegurile (kuni 95%) sobivad sellised mehhanismid võimsatele seadmetele, mida kasutatakse erinevates valdkondades, näiteks autode tuunimisel, tänavavalgustusseadmetes ning ka kodustes LED-allikates.

Kondensaatoritel põhinev toiteplokk

Liigume nüüd edasi mitte nii populaarsete seadmete juurde – kondensaatoripõhiste seadmete juurde. Praktiliselt kõik odavate LED-lampide skeemid, kus on kasutatud seda tüüpi draivereid, omavad sarnaseid omadusi.

Kuid tootja modifikatsioonide tõttu muutuvad need, näiteks mõne ahelaelemendi eemaldamine. Eriti sageli on selleks osaks üks kondensaatoritest – silumiskondensaator.

Turul odava ja madala kvaliteediga kauba kontrollimatu täitumise tõttu võivad kasutajad lampides 'tunda' sajaprotsendilist pulsatsiooni. Isegi nende ehitusse süvenemata võib väita, et skeemist on eemaldatud silumiselement.

Sellistel mehhanismidel on ainult kaks eelist: need on kättesaadavad iseseisvaks kokkupanekuks ja nende kasutegur on ligi sajaprotsendiline, sest kaod tekivad ainult p-n siiretel ja takistustel.

Sama palju on ka negatiivseid külgi: madal elekriohutus ja kõrge pulsatsiooniaste. Teine puudus on umbes 100 Hz ja tekib vahelduvpinge alaldamise tulemusena. GOST-is on ette nähtud lubatud pulsatsiooni norm 10-20% sõltuvalt ruumi otstarbest, kuhu valgustusseade on paigaldatud.

Ainus viis selle puuduse silumiseks on kondensaatori valik õige nimiväärtusega. Sellest hoolimata ei tasu loota probleemi täielikku kõrvaldamist – selline lahendus võib ainult siluda tõusude intensiivsust.

Dimmereitavad voolumuundurid

Dimmimisdraiverid dimmivate LED-pirnide jaoks võimaldavad muuta sissetuleva ja väljuva voolu näitajaid, seejuures väheneb või suureneb dioodide poolt kiiratava valguse heleduse aste.

Olemas on kaks ühendusmeetodit:

• esimene eeldab sujuvat käivitust;
• teine – impulsskäivitus.

Vaadake dimmimisdraiverite tööpõhimõtet CPC9909 kiibil, mida kasutatakse reguleerimisseadmena LED-ahelate jaoks, sealhulgas ka suure heledusega.

CPC9909 standardse ühendamise skeem toitega 220 V. Vastavalt skemaatilistele juhistele on võimalik juhtida ühte või mitut võimsat tarbijat.

Sujuva käivituse korral tagab kiip koos draiveriga dioodide järkjärgulise sisselülitamise kasvava heledusega. Selle protsessi jaoks kasutatakse kahte takistit, mis on ühendatud LD-väljundiga, mis on ette nähtud sujuva dimmimise ülesande täitmiseks. Nii realiseerub oluline ülesanne – LED-elementide tööea pikendamine.

Sama väljund tagab ka analoogreguleerimise – 2,2 kΩ takisti asendatakse võimsama muutuva analoogiga – 5,1 kΩ. Nii saavutatakse potentsiaali sujuv muutus väljundis.

Teise meetodi rakendamine eeldab ristkülikukujuliste impulsside andmist madalsageduslikule PWMD-väljundile. Seejuures kasutatakse kas mikrokontrollerit või impulssgeneraatorit, mis tuleb kindlasti eraldada optopaariga.

Korpusega või ilma?

Draivereid toodetakse korpusega või ilma. Esimene variant on kõige levinum ja kallim. Sellised seadmed on kaitstud niiskuse ja tolmuseiste sattumise eest.

Teist tüüpi seadmeid kasutatakse varjatud paigalduse korral ja need on seetõttu odavad.

Kõigi esitatud seadmete toide võib olla 12 V või 220 V võrgust. Vaatamata sellele, et korpuseta mudelid on hinna poolest paremad, jäävad need oluliselt alla ohutuse ja mehhanismi töökindluse poolest.

Igaüks neist erineb lubatud töötemperatuuri poolest – sellele tuleb valikul samuti tähelepanu pöörata.

Draiveri klassikaline skeem

LED-toiteploki iseseisvaks kokkupanekuks tutvume lihtsaima impulss-tüüpi seadmega, millel puudub galvaaniline eraldus. Selliste skeemide peamine eelis on lihtne ühendamine ja töökindlus.

220 V muunduri skeem on esitatud impulss-toiteplokina. Kokkupanekul tuleb järgida kõiki elektriohutuse reegleid, kuna siin puuduvad vooluandmise piirangud.

Sellise mehhanismi skeem koosneb kolmest põhiastme piirkonnast:

1. Pingejaotur mahtuvuslikul takistusel.
2. Alaldi.
3. Pinge stabilisaatorid.

Esimene lõik on vastumõju, mida avaldatakse vahelduvvoolule kondensaatoril C1 koos takistiga. Viimane on vajalik üksnes inertse elemendi iseseisva laadimise teostamiseks. See ei mõjuta skeemi tööd.

Takisti nimiväärtus võib olla vahemikus 100 kΩ kuni 1 MΩ, võimsusega 0,5-1 W. Kondensaator peab olema elektrolüütkondensaator, mille efektiivne amplituudpinge väärtus on 400-500 V.

Kui moodustunud pinge poolperiood läbib kondensaatorit, voolab vool seni, kuni plaadid on täielikult laetud. Mida väiksem on mehhanismi mahtuvus, seda vähem aega kulub selle täislaadimisele.

Näiteks seade mahutavusega 0,3-0,4 μF laeb 1/10 poolperioodi jooksul, see tähendab, et ainult kümnendik läbivast pingest läbib seda lõiku.

Alaldusprotsess selles lõigus teostatakse Gretzi skeemi järgi. Dioodsild valitakse lähtudes nimivoolust ja pöördpingest. Viimane väärtus ei tohi olla väiksem kui 600 V.

Teine aste on elektriseade, mis muundab (alaldab) vahelduvvoolu pulseerivaks. Sellist protsessi nimetatakse kahepoolperioodiliseks. Kuna üks poolperioodi osa on silutud kondensaatoriga, on selle lõigu väljundis alalisvool 20-25 V.

Kuna LED-toide ei tohi ületada 12 V, tuleb skeemis kasutada stabiliseerivat elementi. Selleks lisatakse mahtuvusfilter. Näiteks saab kasutada mudelit L7812

Kolmas kaskaad töötab silumis-stabiliseerimisfiltri – elektrolüütkondensaatori – baasil. Selle mahtuvusparameetrite valik sõltub koormuse tugevusest.

Kuna kokkupandud skeem hakkab kohe tööle, ei tohi puudutada paljastatud juhtmeid, sest läbivoolav vool ulatub kümnete ampriteni – eelnevalt tuleb liinid isoleerida.

Järeldused ja kasulik video teemal

Kõik raskused, millega võib kokku puutuda raadioamatöör, kes valib muundurit võimsatele LED-lampidele, on üksikasjalikult kirjeldatud videoloos:

Muunduriseadme iseseisva ühendamise põhiomadused elektriskeemi:

Samm-sammuline juhend, mis kirjeldab ise kätega LED-draiveri kokkupanemise protsessi olemasolevatest vahenditest:

Hoolimata tootja deklareeritud kümnetest tuhandetest tundidest katkematut LED-lampide tööd, on palju tegureid, mis neid näitajaid oluliselt vähendavad.

Kõigi vooluhüpete silumiseks elektrisüsteemis on ette nähtud draiverid. Nende valikule või iseseisvale kokkupanekule tuleb läheneda vastutustundlikult pärast kõigi vajalike parameetrite väljaarvutamist.

Rääkige, kuidas valisite draiverit LED-pirni tööks. Jagage oma argumente ja viise pinge stabiliseerimiseks dioodvalgustusseadmele. Jätke kommentaare allolevasse plokki, esitage küsimusi, postitage artikli teemal fotosid.